Системы электроснабжения на солнечных батареях

Наиболее простая система имеет на выходе низкое напряжение постоянного тока (12 или 24 вольта). Такие системы применяются для обеспечения работы освещения и небольшой нагрузки постоянного тока в доме, такой как радио, телевизор, ноутбук, магнитофон и т.п. Можно также использовать различные автомобильные аксессуары, вплоть до мини-холодильников. Следует отметить, что при этом необходима прокладка отдельной силовой проводки постоянного тока со специальными розетками и вилками, исключающими неверную полярность подключения. При подключении ламп постоянного тока необходимо также соблюдать полярность и следить за тем, чтобы при замене ламп они имели ту же полярность подключения, что и те, которые использовались ранее. В противном случае возможен выход их из строя.
Типовая схема такой системы приведена на рисунке справа. Обычно такие системы применяются, если максимальное расстояние от аккумулятора до самой дальней подключенной нагрузки не превышает 10-15 метров, а ее мощность - не более чем 100 Ватт. При этом надо следить за тем, чтобы падение напряжения при включении всех потребителей в самой дальней точке было в пределах допустимого (отклонение не более 10%). Для верного выбора сечения провода вы можете воспользоваться справочной информацией по выбору сечения провода исходя из допустимого падения напряжения на участке электропроводки.

Если нагрузка превышает указанные максимальные значения, или потребители электроэнергии находятся на значительном удалении от аккумулятора, необходимо добавить в систему инвертер (преобразователь постоянного тока низкого напряжения в 220 В переменного тока). В таком случае вы сможете питать практически любую бытовую нагрузку с суммарной мощностью, не превышающей мощность инвертора. Система электроснабжения автономного дома с выходом переменного тока с использованием фотоэлектрической солнечной батареи в данном случае состоит из практически тех же компонентов, как и в предыдущем случае, плюс инвертор, т.е.:

1. Солнечной батареи необходимой мощности
2. Контроллера заряда аккумуляторной батарея, предотвращающего губительные для батареи глубокий разряд и перезаряд
3. Аккумуляторной батареи (АКБ)
4. Инвертора, преобразующего постоянный ток в переменный
5. Энергоэффективной нагрузки переменного тока

Для обеспечения надежного электроснабжения требуется резервный источник электропитания (на рисунке не показан). В качестве такого источника может быть использован маломощный (2-10 кВт) бензоиновый или дизельный электрогенератор. Введение этого резервного источника электроэнергии заметно сокращает стоимость солнечной батареи благодаря отсутствию необходимости рассчитывать ее на наихудшие возможные условия.
В таком случае в систему также вводится зарядное устройство для быстрого(в течение нескольких часов) заряда  АКБ от жидкотопливного электрогенератора . Возможно применение блока бесперебойного питания, в котором возможность такого заряда АБ уже встроена.

Пример комплектации фотоэлектрической системы электроснабжения

Ниже приведен вариант системы для электроснабжения автономного жилого дома. Приняты следующие исходные данные:

• Суточное потребление энергии 3 кВт*ч (среднестатистические данные по России)
• Приход солнечной радиации - 4 кВт*ч/м² в день (средний приход солнечной радиации для России летом)
• Максимальная пиковая мощность нагрузки - 3 кВт (можно одновременно включить стиральную машинку и холодильник)
• Для освещения используются только компактные люминесцентные("энергосберегающие") лампы переменного тока
• В пиковые часы (максимальная нагрузка, например когда включены стиральная машинка, чайник, утюг и т.п.) для предотвращения быстрого разряда АКБ включается бензиновый или дизельный электрогенератор
• Генератор также используется при пасмурной погоде, если АКБ разряжается до нижнего допустимого напряжения. Возможно включение генератора как в ручном, так и в полностью автоматическом режиме. В последнем случае система должна включать модуль автоматического запуска и останова генератора, а сам генератор должен быть доработан для возможности подключения системы автоматики.

При необходимости минимизации времени работы жидкотопливного электрогенератора с целью сохранения топлива, солнечная фотоэлектрическая система электроснабжения будет состоять из элементов со следующими параметрами:

1. пиковая мощность солнечной батареи равна 1000 Вт (выработка до 5 кВт*ч сутки)
2. минимальная номинальная мощность инвертора - 2 кВт с возможностью кратковременной нагрузки до 4 кВт, входное напряжение 24 или 48 В
3. аккумуляторная батарея общей емкостью 800 Ач (напряжение 12 В), что позволяет запасать до 4,5 кВт*ч электроэнергии при разряде АКБ 50%)
4. контроллер заряда с рабочим током до 40-50 А (при напряжении 24 В)
5. дизель или бензогенератор мощностью 3-5 кВт
6. зарядное устройство для зарядки АКБ от бензогенератора на ток до 150 А (может быть встроено в инвертор).
7. кабели и коммутационная аппаратура (выключатели, автоматы, разъемы, электрощиты и т.п.)

Цена такой системы при существующих ценах на комплектующие будет примерно от 300 до 600 тысяч рублей.
Если же допустимо увеличение времени работы дизель-генератора, стоимость системы можно снизить за счет его более частого включения. В таком случае энергия от солнечной батареи будет использоваться для электроснабжения при минимальной нагрузке - освещение, радио, телевизор - а генератор будет включаться несколько раз в день (2 и более, в зависимости от выбранной емкости АКБ). При этом начальная стоимость системы снижается как за счет уменьшения пиковой мощности солнечной батареи, так и за счет уменьшения емкости АКБ. Такая система для электроснабжения жилого дома может состоять из следующих компонентов:

1. солнечной батареи с пиковой мощностью от 300 до 400 Ватт
2. инвертора мощностью 2-4 кВт, входное напряжение 24 или 48 В
3. аккумуляторная батарея общей емкостью 400-600 А*ч (при напряжении 12 В)
4. контроллер заряда на ток до 40-50 А (при напряжении 24 В)
5. дизель-генератор мощностью 4-6 кВт
6. зарядное устройство для заряда АБ от бензогенератора на ток до 150 А
7. кабели и коммутационная аппаратура (выключатели, автоматы, разъемы, электрощиты и т.п.)

Цена такой системы при существующих ценах на комплектующие будет около 300-500 тысяч рублей. При этом необходимо учитывать, что возрастут эксплуатационные расходы за счет повышенного расхода топлива.